用于處理襯底的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在處理箱中處理經(jīng)涂層的襯底的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于直接將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能的光伏層系統(tǒng)是充分已知的。這些光伏層系統(tǒng)一般被稱為“太陽(yáng)能電池”，其中術(shù)語(yǔ)“薄層太陽(yáng)能電池”涉及具有僅幾微米的小厚度的層系統(tǒng)，所述層系統(tǒng)為了足夠的機(jī)械強(qiáng)度需要襯底。已知的襯底包括無(wú)機(jī)玻璃、塑料(聚合物)或金屬、尤其是金屬合金，并且可以根據(jù)各自的層厚和特定的材料特性被構(gòu)成為剛性板或柔韌薄膜。
[0003]就工藝可操縱性和效率來(lái)說(shuō)，具有由化合物半導(dǎo)體制成的吸收體的薄層太陽(yáng)能電池已證明是有利的。在專利文獻(xiàn)中已經(jīng)多次描述過(guò)薄層太陽(yáng)能電池。與此有關(guān)地僅僅示例性地參照出版物DE 4324318C1和EP 2200097A1。
[0004]在薄層太陽(yáng)能電池中，作為吸收體主要采用由黃銅礦化合物、尤其是銅-銦/鎵-二硫/ 二砸化物(通過(guò)公式Cu(In，Ga) (S，Se)2縮寫)或者鋅黃錫礦化合物、尤其是銅-鋅/錫-二硫/ 二砸化物(通過(guò)公式Cu2 (Zn，Sn) (S，Se) 4縮寫)制成的化合物半導(dǎo)體。在制造化合物半導(dǎo)體的不同可能性中，近年來(lái)基本上實(shí)施了兩種方法。這是將單元件共蒸鍍到熱的襯底上以及逐漸將單層(先驅(qū)層或前驅(qū)層)中的元件施加到冷的襯底上，例如與快速熱處理(RTP=gapid Thermal processing(快速熱處理))相結(jié)合地通過(guò)派射進(jìn)行，其中進(jìn)行實(shí)際的晶體形成和先驅(qū)層至化合物半導(dǎo)體的相轉(zhuǎn)換(Phasenumwandlung)。最后提及的兩級(jí)方式例如在 J.Palm 等人的 “CIS module pilot processing applying concurrentrapid selenizat1n and sulfurizat1n of large area thin film precursors，，(ThinSolid Films 431-432，S.414-522 (2003))中詳細(xì)地得以描述。
[0005]在薄層太陽(yáng)能模塊的大規(guī)模制造中，在順序設(shè)備(In-Line-Anlage)中進(jìn)行先驅(qū)層的RTP熱處理，在所述順序設(shè)備中經(jīng)涂層的襯底依次被輸送給不同的處理室。這樣的方法例如由EP 0662247 BI已知。
[0006]先驅(qū)層的RTP熱處理是復(fù)雜的過(guò)程，其需要在幾K/s范圍中的快速加熱速率、在襯底上(橫向地)以及在襯底厚度上均勻的溫度分布、在500°C之上的最大溫度以及處理氣氛的精確控制。尤其是在制造黃銅礦化合物時(shí)可以保證在襯底上施加的易揮發(fā)的氧族元素(Se和/或S)的足夠高的可控制的和可再生的分壓力和受控制的處理氣體輸送(例如H2、N2、Ar、H2S, H2Se, S氣體、Se氣體)。例如，金屬CuInGa先驅(qū)層堆疊的順序砸化需要足夠的Se量用于完全砸化。顯著的Se損失導(dǎo)致先驅(qū)層不完全轉(zhuǎn)換成黃銅礦化合物并且甚至弱的Se損失就導(dǎo)致制成的薄層太陽(yáng)能模塊的功率損耗。
[0007]已知的是，通過(guò)處理箱限制圍繞經(jīng)涂層的襯底的處理空間。處理箱能夠在熱處理期間將諸如砸或硫的容易揮發(fā)的氧族組分的分壓力至少在最大程度上保持為恒定的。此夕卜，減少在腐蝕性氣體情況下處理室的暴露。這樣的處理箱例如由DE 102008022784 Al已知。
[0008]在用于大規(guī)模制造薄層太陽(yáng)能模塊所使用的順序設(shè)備中經(jīng)涂層的襯底或裝載有襯底的處理箱在索引運(yùn)行(Indexbetrieb)中經(jīng)歷不同的處理室，其中所述襯底或處理箱按時(shí)鐘方式(taktweise)被運(yùn)輸?shù)椒謩e下一處理室中。處理室通常被實(shí)施為可抽真空的室，因?yàn)檎麄€(gè)處理分段必須被抽吸用于移除氧氣和水。雖然襯底的處理通常在正常壓力下或小的欠壓下進(jìn)行，但是處理室的氣密性是需要的，以便避免氧氣和水?dāng)U散入處理分段中和有毒的氣體流出。僅僅輸入閘和輸出閘循環(huán)地被抽吸。
[0009]一般而言，可抽真空的處理室的構(gòu)造是復(fù)雜的并且在技術(shù)上是要求高的，因?yàn)樗枰恼婵彰芊庑詫?duì)所使用的材料和諸如真空套管、尤其是回轉(zhuǎn)接頭、閥、運(yùn)輸輥、氣體對(duì)接裝置、冷卻板和真空活門的設(shè)備組件提出最高要求。出于該原因，用于該處理步驟的投入成本占據(jù)太陽(yáng)能工廠的總投入成本的并非不重要的份額。此外，在實(shí)踐中已經(jīng)表明，這些在技術(shù)上耗費(fèi)的和比較昂貴的組件由于運(yùn)輸經(jīng)涂層的襯底或處理箱、加熱到超過(guò)500°C的高最大溫度以及由于腐蝕性處理氣氛而遭受明顯提高的磨損并且可能變得不密封。在故障情況下，完整的流水線通過(guò)所需要的維護(hù)工作而中斷。
[0010]US專利申請(qǐng)?zhí)?005/0238476A1示出一種具有外殼的用于在受控制的氣氛中運(yùn)輸襯底的設(shè)備，所述外殼包括用于襯底的可抽真空的襯底空間和輔助空間。襯底空間和輔助空間通過(guò)具有納米孔的分離壁彼此分開(kāi)，其中分離壁構(gòu)成基于克努森原理(熱滲透)的微泵。襯底空間具有冷卻板(凈化板)，其中分離壁不布置在襯底和冷卻板之間。相反地，冷卻板總是布置在與襯底相對(duì)的位置中。此外，輔助空間通過(guò)可加熱的分離壁與通過(guò)冷卻板冷卻的外殼片段或襯底空間熱退耦。對(duì)于泵浦機(jī)制需要加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]與此相對(duì)地，本發(fā)明的任務(wù)在于，實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上顯著更簡(jiǎn)單的和成本更低的設(shè)備中對(duì)經(jīng)涂層的襯底進(jìn)行熱處理的可能性。該任務(wù)和其他任務(wù)按照本發(fā)明的建議通過(guò)根據(jù)并列權(quán)利要求所述的用于處理經(jīng)涂層的襯底的設(shè)備和方法來(lái)解決。本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求的特征得知。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，示出用于對(duì)經(jīng)涂層的襯底進(jìn)行處理的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)處理箱。處理箱分別被設(shè)置用于容納至少一個(gè)襯底并且包括氣密地可封閉的(可抽真空的)外殼，所述外殼形成空腔。外殼包括至少一個(gè)外殼片段，該外殼片段被構(gòu)造為使得襯底可以通過(guò)射到外殼片段上的電磁熱輻射被熱處理。此外，該外殼配備有至少一個(gè)通向空腔的、可封閉的用于抽真空和將氣體引入到空腔中的氣體套管。
[0013]該設(shè)備此外包括至少一個(gè)用于給處理箱裝載襯底和/或從處理箱中取出襯底的裝載/卸載單元，至少一個(gè)用于對(duì)處理箱中的襯底進(jìn)行加熱(熱處理)的加熱單元，至少一個(gè)用于對(duì)處理箱中的襯底進(jìn)行冷卻的冷卻單元，以及至少一個(gè)用于對(duì)處理箱的空腔進(jìn)行抽吸的至少一個(gè)抽吸裝置和至少一個(gè)用于給處理箱的空腔饋送至少一種氣體、尤其是沖洗氣體和/或處理氣體的氣體供應(yīng)裝置。
[0014]此外，該設(shè)備包括至少一個(gè)運(yùn)輸機(jī)械裝置，所述運(yùn)輸機(jī)械裝置被構(gòu)造用于實(shí)施在一方處理箱和另一方加熱單元、冷卻單元和裝載/卸載單元之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在此情況下，運(yùn)輸機(jī)械裝置可以被構(gòu)造用于使可運(yùn)輸?shù)奶幚硐湎鄬?duì)于位置固定的加熱單元、冷卻單元和裝載/卸載單元運(yùn)動(dòng)?？商鎿Q地，處理箱是位置固定的并且運(yùn)輸機(jī)械裝置被構(gòu)造用于使加熱單元和/或冷卻單元和/或裝載/卸載單元相對(duì)于位置固定的處理箱運(yùn)動(dòng)。在此情況下，可以使加熱單元、冷卻單元和裝載/卸載單元分別單獨(dú)地、與分別另外的單元無(wú)關(guān)地運(yùn)動(dòng)。但是也可能的是，使加熱單元、冷卻單元和裝載/卸載單元共同地(同步地)運(yùn)動(dòng)。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，因此不需要將加熱單元、冷卻單元和裝載/卸載單元構(gòu)造為可抽真空的處理室，其中該設(shè)備在技術(shù)上可以非常簡(jiǎn)單地被構(gòu)造，使得投入成本和維護(hù)成本比較低。此外，單元遭受比較小的磨損，因?yàn)橥ㄟ^(guò)氣密地可封閉的處理箱可以避免負(fù)載腐蝕性物質(zhì)。
[0016]與此相應(yīng)地，在本發(fā)明設(shè)備的一種有利構(gòu)型中，裝載/卸載單元、加熱單元和冷卻單元分別被構(gòu)造為不能抽真空的單元。不與此沖突的是，加熱單元、冷卻單元和裝載/卸載單元可以由共同的殼體或分別單獨(dú)的殼體包圍，其尤其是可以連接到排氣抽風(fēng)裝置上，其中但是殼體不被構(gòu)造為可抽真空的室。
[0017]在本發(fā)明設(shè)備的有利的構(gòu)型中，抽吸裝置和氣體供應(yīng)裝置集成到裝載/卸載單元中，這對(duì)于襯底的熱處理在處理技術(shù)上可以是有利的。
[0018]本發(fā)明設(shè)備的另一有利構(gòu)型包括一個(gè)或多個(gè)處理箱，其中外殼具有至少一個(gè)與用于對(duì)其調(diào)溫或主動(dòng)冷卻的調(diào)溫或冷卻裝置(在熱力技術(shù)上)可耦合的或耦合的(第一)外殼片段和尤其是至少一個(gè)不能調(diào)溫的或不能冷卻的、也即不與冷卻裝置熱耦合的(第二)外殼片段。第一外殼片段例如(在流動(dòng)技術(shù)上)連接到或者可連接到冷卻裝置并且因此可以被冷卻，而第二外殼片段不連接到冷卻裝置并且因此不能被冷卻。第一外殼片段與第二外殼片段不同。不能冷卻的第二外殼片段尤其是以下外殼片段，該外殼片段被構(gòu)造為使得可以通過(guò)射到該外殼片段上的電磁熱輻射對(duì)襯底進(jìn)行熱處理。通過(guò)對(duì)第一外殼片段進(jìn)行調(diào)溫或冷卻，可以避免處理箱的有真空能力的組成部分的提高的磨損。
[0019]此外，處理箱的空腔通過(guò)至少一個(gè)分離壁被劃分成用于容納襯底的處理空間和中間空間，其中分離壁擁有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口，并且布置在襯底和通過(guò)冷卻裝置可調(diào)溫的第一外殼片段之間。通過(guò)分離壁可以避免在熱處理期間在處理空間中形成的氣態(tài)物質(zhì)在第一外殼片段處冷凝。
[0020]本發(fā)明設(shè)備此外包括用于對(duì)處理箱的第一外殼片段進(jìn)行調(diào)溫或主動(dòng)冷卻的這樣的調(diào)溫或冷卻裝置。
[0021]在本發(fā)明設(shè)備的有利構(gòu)型中，裝載/卸載單元、加熱單元和冷卻單元沿著用于處理箱的環(huán)繞的運(yùn)輸分段分別位置固定地布置，而且以這種方式布置，使得運(yùn)輸分段可以單向地由處理箱經(jīng)過(guò)，以便對(duì)襯底進(jìn)行處理。運(yùn)輸機(jī)械裝置在該情況下被構(gòu)造用于單向地運(yùn)輸處理箱。
[0022]本發(fā)明設(shè)備的另一有利的構(gòu)型包括位置固定的單元的行列狀布置，其由一個(gè)加熱單元、位于該加熱單元兩側(cè)的兩個(gè)冷卻單元和兩個(gè)用于對(duì)處理箱進(jìn)行裝載和/或卸載的裝載/卸載單元組成，另外的單元位于其之間，其中處理箱是可運(yùn)輸?shù)牟⑶疫\(yùn)輸機(jī)械裝置被構(gòu)造用于雙向地運(yùn)輸處理箱。可替換地，設(shè)備的該構(gòu)型的布置的所述單元是可運(yùn)輸?shù)牟⑶姨幚硐涫俏恢霉潭ǖ模渲羞\(yùn)輸機(jī)械裝置被構(gòu)造用于雙向地運(yùn)輸單元。
[0023]本發(fā)明設(shè)備的另一有利構(gòu)型包括位置固定的單元組的行列狀布置，其中這些組分別由一個(gè)冷卻單元、一個(gè)加熱單元、一個(gè)冷卻單元以及一個(gè)裝載/卸載單元組成，尤其是按該順序組成，其中處理箱是可運(yùn)輸?shù)牟⑶疫\(yùn)輸機(jī)械裝置被構(gòu)造用于雙向運(yùn)輸處理箱?？商鎿Q于此，單元分別是可運(yùn)輸?shù)牟⑶姨幚硐涫俏恢霉潭ǖ?，其中運(yùn)輸機(jī)械裝置被構(gòu)造用于雙向地運(yùn)輸單元。
[0024]本發(fā)明設(shè)備的另一有利構(gòu)型包括位置固定的單元組的行列狀布置，其中這些組分別由一個(gè)冷卻單元、一個(gè)加熱單元和一個(gè)裝載/卸載單元組成，尤其是按該順序組成，其中處理箱是可運(yùn)輸?shù)牟⑶疫\(yùn)輸機(jī)械裝置被構(gòu)造用于雙向運(yùn)輸處理箱?？商鎿Q于此，單元分別是可運(yùn)輸?shù)牟⑶姨幚硐涫俏恢霉潭ǖ模渲羞\(yùn)輸機(jī)械裝置被構(gòu)造用于雙向地運(yùn)輸單元。
[0025]在本發(fā)明設(shè)備的另一有利構(gòu)型中，抽吸裝置和/或氣體供應(yīng)裝置和/或調(diào)溫或冷卻裝置當(dāng)在一方處理箱和另一方加熱單元、冷卻單元和裝載/卸載單元之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間永久地耦合到處理箱上。
[0026]本發(fā)明此外涉及用于對(duì)經(jīng)涂層的襯底進(jìn)行處理的方法，所述方法包括以下步驟: -給可抽真空的處理箱的空腔裝載至少一個(gè)經(jīng)涂層的襯底，
-氣密地封閉處理箱的空腔，
-對(duì)處理箱的空腔進(jìn)行抽吸，
-給處理箱的空腔填充至少一種氣體，尤其是用于用至少一種惰性氣體沖洗空腔和/或用于給空腔填充至少一種處理氣體，其中空腔能以欠壓或過(guò)壓被填充，
-通過(guò)電磁熱輻射對(duì)襯底進(jìn)行熱處理，所述電磁熱輻射由布置在處理箱外部的熱輻射器產(chǎn)生并且射到處理箱的至少一個(gè)用于熱處理的外殼片段上，
-對(duì)熱的襯底進(jìn)行冷卻，
-從處理箱中取出襯底。
[0027]在本發(fā)明方法的一種有利構(gòu)型中，其中處理箱沿著閉合的運(yùn)輸分段單向地環(huán)繞，處理箱相繼地被運(yùn)輸?shù)接糜诮o處理箱裝載襯底的裝載單元、至少一個(gè)用于對(duì)襯底進(jìn)行熱處理的加熱單元、至少一個(gè)用于對(duì)襯底進(jìn)行冷卻的冷卻單元以及用于從處理箱中取出襯底的卸載單元中。
[0028]本發(fā)明方法的另一有利構(gòu)型包括以下步驟:
-通過(guò)位置固定的裝載/卸載單元給可運(yùn)輸?shù)奶幚硐溲b載襯底，
-尤其是在一個(gè)方向上將處理箱運(yùn)輸?shù)轿恢霉潭ǖ募訜釂卧⑶覍?duì)襯底進(jìn)行熱處理，
-尤其是在一個(gè)方向或相反的方向上將處理箱運(yùn)輸?shù)轿恢霉潭ǖ睦鋮s單元并且對(duì)襯底進(jìn)行冷卻，
-尤其是在相反的方向上將處理箱運(yùn)輸?shù)窖b載/卸載單元并且取出襯底。
[0029]本發(fā)明方法的可替換的構(gòu)型包括以下步驟:
-通過(guò)可運(yùn)輸?shù)难b載/卸載單元給位置固定的處理箱裝載襯底，
-尤其是在一個(gè)方向上從處理箱移除裝載/卸載單元，
-尤其是在一個(gè)方向上將加熱單元運(yùn)輸?shù)教幚硐洳⑶覍?duì)襯底進(jìn)行熱處理，
-尤其是在另一方向上從處理箱移除加熱單元，
-尤其是在